甲壳素纳米纤维/PLA复合材料的制备与研究开题报告

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1. 研究目的与意义

每年生产的塑料包装废弃物约120万t，塑料地膜4万t.由于塑料制品的废弃物难于分解，造成了大量的永久性垃圾。然而，可回收利用的只占很小的比例。因此，发展、使用可降解塑料是减少传统塑料污染的有效途径之一，其情景非常广阔。甲壳素是自然界中产量仅次于纤维素的第二大生物质材料，具有生物可降解、生物相容、无毒安全、抗菌防霉、成本低廉等优点。而纳米尺度的甲壳素纳米纤维（CHNFs）因具有高长径比、高比表面积而表现出许多奇异特性，可以创造出性能优异、环境友好、用途广泛的功能产品，已成为甲壳素开发应用领域的研究热点。甲壳素作为一种生物质材料，其储量丰富，来源广泛，成本低廉，可再生，可生物降解，可循环，是一种优异的绿色材料。此外，甲壳素作为一种天然高分子化合物，其大分子链上具有特殊的生物官能团、功能基团和分子结构，而且它是天然多糖中唯一的碱性多糖。因此，甲壳素具有生物相容性、无毒安全性、抗菌性、吸附性、选择性以及独特生理活性等，是一种功能高分子化合物，具有广阔的开发和应用价值，目前主要广泛应用于食品、农业、医药卫生、环保、纺织、印染、造纸、日化等领域。但是，生物质甲壳素材料（如蟹、虾壳等）自身组成成分和结构复杂、清洁困难、具有天然缺陷等缺点，使得人类不能直接利用生物质甲壳素材料，所以大部分生物质甲壳素材料常常被遗弃造成固体垃圾堆积等环境污染问题。同时，甲壳素的开发与利用技术还不完善，使得第一代甲壳素基材料的应用局限于食品加工、医药用品、纺织造纸等领域，整个生物质甲壳素材料的附加值仍有待于进一步提高。因此，利用高新技术在微观领域对生物质甲壳素材料进行重组和改性，开发出具有优异性能的新型绿色功能材料，具有极其重要的意义。随着纳米科学和技术在生物质纤维素材料开发领域的渗入和发展，人们对甲壳素的研究也正与纳米技术紧密结合向着纳米材料方向发展。利用纳米科学和技术处理甲壳素制备具有纳米尺度、高长径比、高比表面积的甲壳素纳米纤维，能在一定程度上优化甲壳素的性能，并以此为原材料研发具备高性能、功能性、耐久性和均一性的第二代甲壳素基材料，如柔性显示器透明基底等，使可再生甲壳素资源具有更广阔的应用前景，满足现代社会对高性能材料的需求。PLA是生物降解塑料聚乳酸的英文简写，全写为：polylactic acid聚乳酸也称为聚丙交酯(polylactide)，属于聚酯家族。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生,主要以玉米、木薯等为原料。聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。聚乳酸的热稳定性好，加工温度170～230℃，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和非织造物等，目前主要用于服装(内衣、外衣)、产业(建筑、农业、林业、造纸)和医疗卫生等领域。本文以可持续发展思想为出发点，研究及制备纳米甲壳素、纳米壳聚糖并将其作为辅料对可生物降解的聚乳酸性能的改进，以改进聚乳酸物理和化学性能的缺点。由于人类认识能力和科学技术水平的限制，改造环境的过程中造成对环境的污染和破坏。塑料作为应用最广泛的化学制品，其造成的白色污染物严重污染环境。然而，可回收循环利用的只占很小的份额。因此，使用可降解材料可减少传统塑料污染，其意义重大。 因此，采用可天然可降解的生物材料取代传统塑料，成为科学技术发展的新趋势。

2. 国内外研究现状分析

甲壳素是自然界中产量仅次于纤维素的第二大生物质材料，具有生物可降解、生物相容、无毒安全、抗菌防霉、成本低廉等优点。

而纳米尺度的甲壳素纳米纤维（chnfs）因具有高长径比、高比表面积而表现出许多奇异特性，可以创造出性能优异、环境友好、用途广泛的功能产品，已成为甲壳素开发应用领域的研究热点。

甲壳素作为一种生物质材料，其储量丰富，来源广泛，成本低廉，可再生，可生物降解，可循环，是一种优异的绿色材料。

3. 研究的基本内容与计划

本研究分别以甲壳素，壳聚糖作为原料分别以酸解及沉淀法来制备纳米材料，并进行表征。

以聚乳酸为原料，通过添加不同比例纳米材料(纳米甲壳素、纳米壳聚糖)作为增强成分，制备纳米级甲壳素和聚乳酸的复合材料，并对聚乳酸复合材料的性能进行表征，研究不同添加剂对聚乳酸膜性能的影响。

（1）利用酸解、直接干燥法制备了纳米甲壳素，并从红外光谱(讯)来证实了纳米甲壳素的产生，将所得的纳米甲壳素与甲壳素微晶相比。

4. 研究创新点

白色污染是全球城市都有的环境污染，在各种公共场所到处都能看见大量废弃的塑料制品，他们从自然界而来，由人类制造，最终归结于大自然时却不易被自然所消纳，从而影响了大自然的生态环境。

从节约资源的角度出发，由于塑料制品主要来源是面临枯竭的石油资源，应尽可能回收，但由于现阶段再回收的生产成本远高于直接生产成本，在现行市场经济条件下难以做到。

面对日益严重的白色污染问题，人们希望寻找一种能替代现行塑料性能,又不造成白色污染的塑料替代品。